超高压微机母线保护（精选7篇）
超高压微机母线保护 篇1
1 VLD简述
可视化逻辑设计VLD(Visual Logic Design)软件是一种以图形化、模块化逻辑功能图形代替编写程序源代码的一种程序开发软件。与VISIO、AUTOCAD相似,VLD设计软件有许多函数库、元件库、模块等,这些公用的函数库、元件库等在编译程序时可以调用,相当于VISIO里的模板,使用这些公用元件或者模块可以避免重复设计相同的元件,进而节省时间并有助于程序设计的标准化,并且可以极大地方便程序的修改和维护。例如,全周傅里叶算法、计算零序电压、判别电压互感器(TV)断线等。在使用这些公用算法模块时,只需要从元件库中调用,通过运用逻辑连接指令运用到工作区中即可实现对这些公用模块或元件的调用。而在编译程序时,对于多处应用的同一元件,VLD则在元件库中调用同样的程序代码段。
2 基于VLD的继电保护开发模式
在利用VLD开发保护时,首先可以利用工具对待开发对象的基本属性进行定义,例如CPU个数、DSP通道数等。在进行完这些设置之后,VLD提供了许多模拟量、状态量相关的的数据表,如装置模入配置表、开入/开出配置表、全局数据配置表、全局定值配置表、全局状态配置表等,这些表可以统一定义、统一布置。在设计各工作区的逻辑时可以通过调用其地址索引,在程序的任何地方使用它们。它们是全局共享的,不同工作区、不同逻辑之间的公用状态、标志等可以任意调用。
设计时根据所实现产品的应有功能,在相应的数据表中进行运行数据配置、定值配置、全局状态配置等;在逻辑工作区通过计算、比较等手段可以对某些状态进行赋值;在逻辑、条件满足时,可以通过触发出口配置表来实现动作出口等,在逻辑的实现过程中发现缺少某些数据还可以进行再次定义。逻辑设计就是由数据库提供的所有基本元件进行逻辑与算法组合形成特定的功能工作区,在每个元件的属性设置中设定具体的状态或运行数据。
根据开发对象的主要逻辑功能,将待开发程序分为若干个工作区进行逻辑设计,如差动工作区、失灵工作区,利用VLD的工作区属性定义各工作区属于主保护或者后备保护以决定各工作区在保护运行中执行的先后、主从次序,工作区内还可以设置多级子工作区,任意工作区的多个子工作区之间可以定义执行顺序,且对于一些面向条件的工作区还可以设置为条件工作区,即在条件满足时进入该工作区,条件不满足时跳转执行下一工作区。
在程序设计完成以后,利用VLD提供的联机编译或者脱机编译命令及可以实现程序的编译,即可以生成目标程序代码。下面简要介绍基于此软件开发的母线保护装置WMH-800A。
3 差动保护
3.1 差动保护数据准备
母线保护中差动保护的数据主要用到了点差和相差2种。点差是利用各支路电流采样点(波形)合成差流采样点(波形),主要用于计算小差电流、大差电流、差流增量等判别保护动作或出口时需要用到的数据量,相差主要用于模拟量的显示、方式识别、TA(TV)断线判别等。
对于点差计算,VLD有专用计算元件——母线点差数据准备。在程序设计中调用此元件,只需要依据元件属性定义相别、输入的电流通道号及计算的前推周数即可以计算出保护需要用到的差流波形,主要包括大(小)差流、制动电流及其增量。而相差则是根据VLD提供的各支路模拟量的实部、虚部进行简单的矢量运算即可得到。
3.2 差动保护的动作逻辑
差动保护正确动作于故障的前提是能够正确判别出区内外故障,WMH-800A首先根据母差点差数据准备中算出的制动电流突变量、差流及突变量之间的关系判定故障的区内外关系,当判为区外时闭锁差动保护,判为区内时则启动差动保护,只有在母差故障启动后才执行条件工作区,进行差动逻辑的判别,由于差动保护是分相保护,且各相的差动逻辑在不同的条件工作区中,这样可以使没有启动的相不进行差动保护的逻辑判别,有助于提高保护的执行效率。差动保护A相动作逻辑子动作区见图1。
从差动保护A相动作逻辑中可以看出,执行条件工作区的条件是X母A相故障启动或母线故障启动,即两者任何一个满足即执行条件工作区的逻辑,条件不满足时该逻辑不执行,这种条件执行逻辑的手段大大提高了程序的执行效率。基于VLD开发的超高压微机母线保护中较多地使用了条件工作区,相对于编码版的程序,由于采用了问询式的逻辑执行模式,不满足条件的任务不执行,使程序更优化,主保护的执行周期更短,这在保护的性能上体现为保护的动作时间最大程度地逼近于理论计算的动作时间。
常规比率差动保护反映稳态故障,突变量保护反映暂态故障。常规比率差动保护包含2个逻辑:常规大差A相动作和小差A相动作,两者均是点差满足加有效值把关动作。常规大差A相点差,其制动关系判别需要判大差电流和大差制动电流的关系,两者均已经由母线点差数据准备算好并作为全局数据存放于虚通道内,VLD程序中只需要关联上通道号即可以使用该数据。点差判别逻辑如图2所示。
图2为判常规大差A相点差满足的工作区逻辑,其中共包含了3个VLD元件:采样点差动、展宽元件和二选一元件。根据二选一元件的定义,当输入管脚即母联属性为真时(母联在运行状态,母线并列运行)取管脚2的值输出,即制动系数取高定值;当母联属性为假时,取管脚1的值输出,即制动系数取低定值。所以应用VLD工具设计保护,可以非常方便地实现根据实际系统的运行方式,比率差动保护选取相应的制动系数[1]。在常规大差A相点差满足之后,经过小矢量或全周的有效值判定动作后,常规大差A相动作即满足,如图3所示。
3.3 差动保护的闭锁
差动保护受以下条件闭锁:复合电压闭锁、TA断线闭锁、区外故障、外部闭锁母差、充电保护启动(当投充电闭锁母差时)。
当母线的相差电流大于TA断线定值时,保护经10 s延时输出母线TA断线标志,差动保护动作经此标志闭锁,以实现TA断线时差动保护不误动。
在系统发生区外故障,TA饱和时[2],根据差动电流和制动电流突变量的关系,装置将故障判为区外,保护置区外标志,此标志闭锁差动保护,此时保护利用虚拟电流制动法作为饱和开放的判据,如果饱和开放判据满足则解除对差动保护的闭锁。
4 母联保护
在一般情况下对于母线保护上发生的故障,首先要考虑差动保护能够及时可靠动作,为了更好地提高执行效率,VLD还可以很方便地将主任务和后备任务进行合理的调度。在母线保护的设计中对于母联保护、方式识别、TA断线等设置为后备任务,执行时要为主任务“让道”。
在程序设计中,用差动启动触发一个“差动启动闭锁后备30 ms”的状态标志,所有的后备任务的条件工作区中均使用了此标志作为执行条件。例如,在非全相保护的逻辑设计中,充电工作区是一个条件工作区,非全相保护压板投入和差动启动闭锁后备保护30 ms取非作为非全相保护逻辑的执行条件,如图4所示。
正常运行情况下,非全相保护压板一直在投入状态,但闭锁后备的标志为0,因此差动启动情况下不进行充电逻辑的判别。这些逻辑通过VLD设计工具可以很方便地实现。
与此相同,母联失灵保护、母联过流保护、母联充电保护也使用了主保护启动闭锁后备的处理,这样可以大为缩短程序执行一周的时间,同时也为主任务争取到了更多的时间。
5 运行方式识别
5.1 方式识别的关键
能够正确识别和跟随系统的运行方式是母线保护能够可靠地反映故障并有选择性地跳闸的前提条件。对于保护而言,运行方式的变化包括倒闸操作、辅助触点接触不良、辅助触点粘连等。对于这些非正常运行模式,保护不但要能够正确识别而且还要能够正确的进行处理,而且对于一些异常情况要能够非常可靠地进行记忆或修正。
方式识别需要用到所有元件的通道电流、母线差流、母线电压、各个元件的刀闸位置。在手动编码编辑程序时对于这些定义显得非常繁琐,而通过VLD设计工具,可以非常简单地通过循环命令来实现,如判断元件有流无位置,在设计完有流无位置判别逻辑之后只需要用一个循环元件就可以实现循环范围内的元件的判别。
5.2 方式识别任务调度
方式识别牵涉到太多的电流通道的差流计算、刀闸开入识别等。繁琐、复杂的算法和逻辑使得方式识别非常耗时,统计发现,整个方式识别任务共设置有43个子工作区、742个逻辑节点(共包括算法310个、逻辑门432个),其中各逻辑门耗时比较短,最耗时的是算法,而算法主要是计算各母线、各元件三相电流,计算这些电流的目的主要是为了装置人机接口显示用,它们对实时性要求不高。为了更好地提高保护的执行效率,在母线保护设计中搭建了后备任务分时调度模块,该模块原理如图5所示。
任务开始时,后备调度计数置0,第1轮任务置1,第2轮任务置2,第3轮任务置3,第4轮任务置1,第5轮任务置2,如此循环,后备分时调度1、2、3则分别置1,而后备分时调度1、2、3则分别是计算A、B、C电流的执行条件。这样,方式识别用电流的计算则实现了分相调度,即对于非常耗时但不要求计算速度的任务分批分时完成,这样可以大幅缩短后备保护的处理时间。
5.3 位置异常时的处理
VLD在处理运行方式识别方面相对于传统手写编码的开发模式显示出了更强大的优越性。因为在方式识别里面包含了非常多的逻辑、算法及标志等,VLD调用全局状态、通用数据等的技术极大地方便了运行方式识别的设计。例如,对于刀闸位置异常,要求母线保护能够自行处理,在大差电流不平衡或者小差电流不平衡时,母线保护要能够记忆在异常前的运行方式。而对于刀闸位置辅助触点接触不良,母线保护利用差流校核法对刀闸位置修正,其VLD逻辑图如图6所示。当只有一个元件有流无位置时,如果将此无位置元件的电流计入某段母线的差流后能够让各段母线的差流均平衡,则对该元件进行位置修正。
5.4 运行方式的可配置性
WMH-800A最大的优点在于它实现了保护的可配置性,VLD提供主接线图配置工具,通过此工具可以绘制系统主接线,保护程序可以自动适应于主接线。在绘制主接线图时输入配置信息,如主接线型式编号,设备类型、元件数、元件的位置属性等。在编译主接线时VLD读取配置信息,根据实际配置的拓扑方式字实现相应元件的保护功能,如图7所示。
对于刀闸的I/O定位,对于不同的运行方式保护根据配置信息处理刀闸,在图7中可以看到,读取到1号元件为“X母连接元件”,则认为元件有可能运行到X母上,如果保护从自定义配置表中读到有1 G刀闸时,则认为元件1连接到了X母,则置“X母开入”为真。但单母线运行方式下,任意元件均无刀闸位置,所以当保护读到了单母线运行方式时即读取的配置信息为1(1代表单母线)时,保护认为只要元件配置了X母连接元件,则置“X母开入”为真。
对于WMH-800A,程序融合了所有主接线形式,能通过配置适用于各种主接线。对于不同的系统、不同的运行方式,对于保护而言,所不同的是保护只需要根据配置的系统的主接线即可以实现与所配置的主接线相对应的功能。
由于保护程序将各种主接线形式糅合在一起,所以对于单母线,1号、2号、3号均是普通元件;对于双母线,1号元件即成了母联元件;而对于双母线分段,1号、2号、3号元件是母联,所以在计算各支路差流折算系数时,它们对于不同的运行方式也不尽相同。但由于VLD可以任意设置条件工作区,可以将读取到的配置信息作为条件工作区的执行条件。例如,读取到配置信息为1时,则执行条件工作区1即单母方式计算逻辑,读取到的配置信息为5(代表双母线形式)时,则执行条件工作区2即双母线方式计算逻辑,当读取到的配置信息为9时则执行条件工作区3即双母单分段的计算逻辑。
由于保护能够灵活地适应于各种运行方式,且在改变运行方式时,不需要重新编译保护程序,只需要利用VLD的主接线配置工具根据工程需求配置即可,不会影响到保护的功能。例如,对于一些厂站要求本期双母线,后期双母分段等,WMH-800A的配置功能则使得保护升级非常容易,保护程序无需升级,只需要修改相应的主接线即可。
6 结语
超高压微机母线保护装置WMH-800A适用于750 kV及以下电压等级、各种主接线方式的母线保护,也可以作为发电厂、变电站母线的成套保护装置。本保护采用先进的VLD逻辑开发工具,可视化设计使得保护程序设计更优化,条件工作区的大量使用使得程序的执行效率更高。VLD实现的差动保护具有不大于15 ms的动作时间,而抗饱和能力1.8 ms的性能指标很好地满足了现代电网高电压等级、大传输容量、远距离送电的要求。简单、合理、可靠、安全的软、硬件设计思路使得保护更加符合现代电力设计的各种需求。友好的人机接口界面使得运行人员操作更加方便,Windows模式菜单设计使操作人员观察一目了然,运行方式任意配置使得保护能够非常广泛地适用于各种主接线,且操作简单,配置方便,可维护性极强。紧凑化的硬件结构设计合理地节约了占地空间[3],强弱电彻底分离的设计思路使保护装置本身的绝缘等更加安全[4],双CPU并行处理与逻辑出口为提高保护装置的可靠性提供了有力保障[5]。
摘要：概要介绍了新一代保护开发工具——可视化逻辑设计VLD(Visual Logic Design)软件。VLD软件是一种逻辑设计可视化、模块化的保护开发软件,它通过调用库函数、公用元件等封装模块代替手写程序代码,与传统的手写代码的开发模式相比,VLD实现了用画逻辑图方式设计程序,因此操作简单、修改容易且执行效率高。介绍了基于该软件开发的超高压微机母线保护装置WMH-800A,分别从超高压母线保护的差动保护、母联保护、运行方式识别等方面详述了保护的构成原理及VLD实现方法。VLD程序设计中条件工作区在母线保护设计中的大量使用,使得程序的执行效率提高。
关键词：VLD,超高压微机母线保护,运行方式识别
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超高压微机母线保护 篇2
在讨论各种中低压母线保护方案的基础上,结合具体工程实践对复杂中低压母线提出按母线段配置母线保护的完全差动方案,并对该方案可能存在问题提出了相应解决方法。
1 中低压母线保护方案
1.1 快速母线保护
快速母线保护是完全有别于电流差动的保护方案,保护原理有多种。
其一是馈线过流闭锁式母线保护,利用各馈线综合保护提供的故障信息(硬接点或通信信号),经汇总后进行综合分析和逻辑判别,以实现母线短路故障的快速保护[2]。快速母线保护功能常嵌入在有电源元件(进线及分段)的综合保护装置内,区外故障时馈线综合保护动作闭锁快速母线保护,区内故障时由于馈线综合保护不发闭锁信号,快速母线保护将经一短延时动作出口。对于并列运行的单母分段母线,进线保护通过分段保护传送的功率方向或电流矢量进行计算和判断,可以选出故障母线段,提高动作的选择性[3]。
这种保护原理借助现有中低压综合自动化系统的网络功能实现,即便是采用硬接点方式提供故障信息,增加的投资也不多,但是由于该原理依赖有电源元件和馈线保护的逻辑配合,如果某馈线保护通信故障,将有可能使保护误动,保护可靠性略显不足。
其二是电弧光母线保护,检测开关柜内部发生弧光短路故障产生的电弧实现快速母线保护[4]。此原理保护在国外已有应用,国内应用较少。
1.2 母线不完全差动保护
当母线所连接的元件较多,且每一元件的功率相差较大时,为了减少投资,只需将连接于母线上的有电源元件的电流互感器接入差动回路,而无电源元件的电流互感器不接入差动回路[5]。这样构成的母线不完全差动保护,实质是一种过电流保护,在母线和无电源元件上发生故障时,保护将动作跳开母线上所有元件,这对于发生在无电源元件上的区外故障情况,无疑使得保护失去选择性,扩大了停电的范围。为了提高母线保护的选择性,采用馈线过流闭锁的方法,将母线上各馈线保护的过电流无延时启动信号作为闭锁母线不完全差动保护的信号,区内故障母线保护及时动作,区外故障馈线过流动作闭锁差动保护[6]。
1.3 母线完全差动保护
带制动特性的母差保护能够自适应运行方式,其差动回路包括大差回路和各段母线小差回路,母线大差用作保护起动元件来判别母线区内和区外故障,母线小差用作故障母线段的选择元件。该保护原理简单,动作迅速可靠准确,在我国220 kV电压及以上系统已得到广泛应用,相信在中低压母线保护上值得推广。
常用的母线差动保护装置基于简单电气接线配置,比如单母线或双母线,可扩展性不强,对于中低压多母线段接线形式,目前国内没有厂家提供单套装置满足。
根据中低压母线接线特点,按照母线段配置,由若干套保护装置一起协同配合实现整个母线的保护。中低压母线保护配置的基本要点是:(1)按母线段配置保护;(2)发电机、变压器和负荷,接入保护装置的正常支路;(3)联络开关比较特殊,需具体情况具体分析。对于单母分段接线的联络开关,比如电厂带电抗器联络开关,可以接入保护装置的正常支路;对于双母接线的联络开关,则可以接入相对应保护装置的母联支路。
各套保护装置怎样协同配合以及配合工作是否可靠有效,重点需要研究系统运行方式对协同配合的影响,从而找到协同配合的方法。
2 典型应用
2.1 保护配置
某电厂10 k V电气主接线采用的是单母三分段带备用母线的形式,各间隔经1台断路器和2组隔离开关分别连接到工作母线与备用母线上,接线示意如图1所示。
按照前述保护配置基本原则,由图1可知,I段母线或III段母线与备用母线可以构成一次接线双母线的母线保护,II段母线与备用母线可以构成一次接线双母线双母联的母线保护,3台微机母线保护装置配合实现整个低压母线的保护。
2.2 系统运行方式对保护协同配合的影响
(1)正常运行方式,10 kV系统母线分3段通过分段电抗器并列运行,每段接1台发电机,主变压器接在60 MW发电机母线上。
(2)当1台60 MW发电机停运时,投1台母联开关,10 k V母线3段变2段运行,每段1台主变压器和1台发电机。
(3)18 MW发电机停运时,投入1台母联开关,10 kV母线3段变2段运行,每段1台主变压器和1台发电机。
(4)当I、II、III段任一段母线停运时,由备用母线来代替,是单母线分3段。若有机组停运时,3段变2段,每段1台主变压器和1台变电机。
由运行方式(1)可知,分段开关电流同发电机、变压器和负荷一样接入保护装置正常支路,可以保证各保护装置差流计算的正确。对于运行方式(2)和(3),如果母联开关电流引入保护装置正常支路,可以保证各保护装置差流计算正确,但对于运行方式(4),存在工作母线停运转备用母线的操作过程,由于母联开关接入正常支路,使得其电流计入大差,保护装置差流计算将不正确,可能会引起差动保护误动。
以I段母线停运转备用母线为例,系统方式见图2。转备用母线前,隔离开关G11和G21处于合位,G12和G22处于分位,母联开关BC1处于跳位。
转备用母线开始,其大致步骤如下。
(1)I段母线通过母联开关BC1对备用母线充电。此时I段母线保护装置和II段母线保护装置的差流计算结果都与充电电流相等。如果备用母线存在故障,两装置差动保护将误动作跳开I段和II段母线上所有支路。
(2)备用母线充电结束,确定母联开关BC1处于合闸位置后,分别合上间隔1、2隔离开关G12和G22。此时母联开关BC1流过间隔1、2的部分电流,I段母线保护装置和II段母线保护装置的差流计算结果都与母联开关电流相等,可能导致两装置差动保护误动。
(3)确定间隔1、2隔离开关G12和G22在合位后,拉开间隔1隔离开关G11。同理,两装置差动保护可能误动。
(4)拉开间隔2隔离开关G21,转备用母线工作结束。此时母联开关电流基本为零,两装置差流计算正确。
2.3 保护协同配合方法
解决保护协同配合的关键是让倒闸过程中母联开关流过的电流不再计入大差从而保证大差平衡。为此,可以将母联开关电流引入保护装置母联间隔。对于运行方式(1)、(2)和(3),将保护装置母联间隔代路功能投入,母联开关作正常支路使用,可以保证差流计算正确。对于运行方式(4),仍以I段母线停运转备用母线为例,逻辑参考图3。
I段母线转备用母线时,万能开关切换到“I母转备”位置,隔离开关G01R处于分位,两保护装置都退出母联间隔代路功能,而II段母线保护投入母线互联功能。这样确保在I段母线停运转备用母线过程中,I、II段母线保护装置相互不受影响(母联BC1跳闸回路同时做相应处理)。一旦转备用母线操作结束,万能开关切换到“正常运行”位置,系统恢复正常的运行方式,两保护装置母联间隔代路功能投入,同时解除II段保护的母线互联功能。
另外一种解决方法是将母联开关电流引入保护装置正常支路,对于备用母线,在三分段母线对应的位置各增加一组电流互感器(TA),该TA电流也引入保护装置正常支路。这两电流大小相等,只要母联开关TA和新增TA的极性设置相反,两电流将相互抵消,确保倒闸过程中装置大差计算平衡,具体如图4所示。
方法一充分利用了保护装置母联间隔功能的特殊性,实现逻辑稍显复杂;方法二改变了一次设计,增加了设备投资,实现逻辑简单。
3 结束语
微机母线差动保护性能可靠,功能齐全,完全能够满足中低压母线保护的要求。针对中低压复杂的电气主接线和较为灵活的运行方式,提出了母线保护配置的基本原则,结合具体实践,详细地分析了这种保护配置方案存在的保护协同配合问题,为此给出了2种可靠的解决方法。这种保护配置方案值得其他工程借鉴。
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超高压微机母线保护 篇3
1 微机母线保护的原理介绍
2 负荷电流平衡态验证保护定值整定的正确性
负荷电流平衡态是指正常运行情况下, 微机保护装置的差动电流小于动作值 (或差动电流为零) 。负荷电流平衡态的计算是基于基尔霍夫原理, 对双母线接线来说, 母线差动保护包括:大差差动保护、Ⅰ段母线的小差差动保护和Ⅱ段母线小差差动保护。负荷电流平衡态首先要先计算出大差和小差的差动电流 (差动电流简称差流) , 其次接线、通流, 最后根据微机保护装置的差动电流和告警信号判断定值是否整定错误。
2.1 计算大差和小差的差动电流
校验负荷平衡态通流是直接从微机母线保护装置的电流端子上给各间隔加电流 (这个电流相当于电流互感器的二次侧输出电流) 。根据母线的运行方式, 分别计算大差差动电流和Ⅰ段、Ⅱ段母线小差差动电流, 差动电流计算可以归算到电流互感器一次侧值, 也可以归算至微机保护装置内部。现以5个支路间隔的双母线运行方式为例介绍这2种计算:双母线并列运行, 支路L1为母线联络间隔, 支路L2、支路L3为出线间隔, 并合于Ⅰ母;支路L4、L5为出线间隔并合于Ⅱ母;各间隔的电流互感器TA变比依次为:nTA1、nTA2……, 基准变比nTab。
2.1.1 归算至电流互感器一次侧值计算差动电流
计算负荷电流平衡态要分别计算出大差差动电流和Ⅰ、Ⅱ母线小差差动电流, 计算一次侧的差动电流值计算步骤如下:
(1) 先把所有间隔的电流互感器的二次侧电流归算到一次侧电流I′i=IinTAi (i表示各间隔的编号) 。
(2) 根据基尔霍夫第一定律, 计算Ⅰ、Ⅱ母线小差差动电流和大差的差动电流, 调节好各间隔的电流, 使大差和小差的差动的电流为零。
2.2.2归算至微机母线保护装置内部计算差动电流
微机母线保护内部计算差动电流, 应各间隔电流互感器的变比并不一定相同, 各支路的电流必须要统一归算到基准值侧后再进行电流的相加减。不同的生产厂家, 基准变比取法有所不同, 早期的BP型的母线差动保护采用间隔最大TA变比为基准变比, RCS型的母线差动保护采用的是预先设定基准变比, 国家电网公司规定“六统一”之后, 基准变比统一采用后者方法。计算步骤如下:
(2) 计算微机保护装置各间隔的电流。微机保护装置各个间隔的电流计算是把各间隔的电流互感器的二次侧的电流乘以各间隔的平衡系数, 然后再计算差动电流的值, 调节好各间隔的电流, 使大差和小差的差动的电流为零。
2.2接线试验, 判断整定是否有误
给各间隔通流时, 由于继电保护测试仪的输出电流相数的限制, 需对5个间隔的同相二次线圈进行的串联或并联接线, 串联和并联的接线的原则是, 电流互感器的二次电流大小相同的间隔, 二次线圈进行串联, 根据实际计算的电流的流向对线圈进行顺接或反接。接线完毕后, 根据计算得出各间隔的电流进行通流试验。
可以根据微机保护装置的差动电流和告警信号判断定值是否整定错误。各间隔通入电流, 观察保护装置的告警信号和差动电流的值, 若大差、小差差动电流都为零, 意味着定值和平衡系数整定没有错误, 否则定值整定有误。
3 负荷电流平衡态验证二次回路和电流互感器极性安装的正确性
二次回路是通过各间隔电流互感器二次线圈经电缆接至端子箱 (智能变电站叫合并单元) , 再从端子箱通过电缆接至公用测控柜 (网络交换机) , 公用测控柜通过电缆 (光纤) 接至保护屏。原来的方法都是从微机保护屏上电流端子施加电流值, 在二次回路接线正确的情况下, 验证装置的平衡系数、电流互感器变比的整定是否错误, 但却不能反映二次回路的安装及电流互感器极性正确的情况。
其实, 对二次回路的接线和电流互感器极性的检测可以用现场实测一次的电流、有功功率和无功功率进行分析得出。运行各间隔可以从3个途径获取实际一次电流、有功功率、无功功率参数, 即:通过控制屏上的电流表、有功功率表和无功功率表读取各间隔的的数据;通过变电站主控室的监控显示屏上读取各间隔的电流、有功、无功功率数据;通过调度终端的监控显示屏上读取各间隔的电流、有功、无功功率遥测数据, 并记录母线上各间隔的电流大小、有功、无功功率大小和功率的流向。
3.1 分析、判断二次回路接线是否有错
通过对收集的数据进行计算分析, 可以获得以下几方面的信息。
3.1.1 通过电流相序判断
观察A、B、C相电流相序排列:按正序排列, 说明各相接线正确;若是反序排列, 则二次回路的接线有可能接错。具体情况可分为以下几种:
(1) 电流互感器TA的二次端子至端子箱电缆芯接错相。
(2) 从端子箱到公用测控屏的电缆芯接错相。
(3) 公用测控柜至保护屏的电缆芯接错相。
3.1.2 通过电流的幅值判断
每个间隔的三相电流A、B、C相电流幅值基本相等, 若一相幅值偏差大于一定的数值, 则二次回路接线有可能出错。具体出错情况可大致分为以下几种:
(1) 某一相TA变比二次绕组抽头接错。
(2) 存在寄生回路, 如绝缘损伤, 对电缆屏蔽层形成漏电流, 造成流入保护屏的电流减小。
(3) 检查各间隔的电流互感器的极性配合。
3.2 投运间隔接入母差后判断其电流互感器变比及极性是否有错
如新投运间隔设计要求变比1200/5, 电流互感器极性靠母线来设计。该间隔启动送电时, 母差保护暂时退出, 待送电向量测试正确后才投入运行。一次潮流为电压超前电流相角20°, 一次电流为600A。送电时, 使用钳型相位表进行相量测试, 相位表测量时以A相电压为基准。
3.2.1 间隔电流互感器某相变比有误
举例分析, 经实测的电流数据为:Ia=2.5A∠20°、Ib=5A∠140°、Ic=2.5A∠260°, 由此可以判断B相电流变比有误。推算其变比为600/5, 停下该间隔, 仔细检查该间隔TA接线盒, 发现B相电流互感器该组抽头接线错误。
3.2.2 间隔电流互感器某相极性有误
举例分析, 经实测的电流数据为:Ia=2.5A∠200°;Ib=2.5A∠140°;Ic=2.5A∠260°, 由此可以判断A相电流极性有误。停下该间隔, 核对该间隔母差A相的组别电流接线, 经检查发现接线错误。
4 结束语
母线上所接的出线间隔, 若电流互感器的极性弄错、电流互感器的变比整定出错、平衡系数算错, 对母线保护来说都会出现误动, 造成大面积的停电。故负荷电流平衡态的校验对母线差动保护的安全运行起着至关重要的作用, 要重视负荷电流平衡态的检验方法。
超高压微机母线保护 篇4
1 保护原理
1.1 电流差动保护
采用具有比率制动特性的完全差动保护原理, 接入母线所有单元的三相电流, 通过各自的模拟通道、数据采集变换, 形成相应的数字量, 按各相分别实现分相式微机母线差动保护。
对于每相的差动判据, 取各单元电流之和的绝对值作为差动电流 ，取各单元电流绝对值之和作为制动电流 ，差动判据为：启动元件： ;动作元件： 。式中:Iz为差动动作电流;K为制动系数 (K<1) 。
当任一相的差动判据同时满足启动元件和动作元件时, 即判认为差流越限, 差动保护动作。
当母线正常工作或发生区外故障, 流入母线的电流等于流出母线的电流, 即Id=0, 故两个差动判据均不满足, 保护可靠不动。
1.2 抗电流互感器TA饱和措施
当系统发生故障而TA发生饱和时, 因饱和TA的二次电流不能正确反应系统一次电流, 使差动判据中的差电流产生偏差, 严重时可导致差动保护误判。
为解决TA饱和对差动保护判据的不利影响, 采用同步识别法抗TA饱和措施。
1.3 电压闭锁
为防止差动出口继电器误动作或失灵保护误启动造成母线连接元件误跳闸, 在母差保护出口回路中配置电压闭锁元件。电压闭锁接点串入母线保护每个元件的出口跳闸回路中。
接入每段三相电压及零序电压量, 通过各自的模拟通道、数据采集变换, 形成相应的数字量, 由电压突变、低电压、零序电压及负序电压构成采用复合式电压动作判据。
1.4 双母线运行的自适应
对双母线保护, WMZ-41A微机母线保护装置配置有按段设置的小差判据及大差判据, 双母线运行状态通过接入所有单元的隔离开关辅助接点, 并由软件对其进行电流平衡计算来自动判别确定。具体方法:每段母线均设置运行方式字。在运行方式字中, 每一数位对应于一条支路, 数位上“1”表示其对应支路开关合上, “0”表示断开。小差根据运行方式字进行计算, 即将数位上是“1”的对应支路的电流计入, 而数位上是“0”的对应支路的电流不计入;大差计入除母联电流外的两段母线上所有连接支路的电流。在双母线并联运行时, 母联电流分别按不同方向, 同时计入两段母线;母联电流极性按:Ⅰ母小差为“+”, Ⅱ母小差为“-”。在双母线分列运行时, 母联电流不计入两段母线小差中。
在双母线保护中, 大差作为启动元件, 小差作为选择元件, 只有启动元件和选择元件同时动作, 差动保护才动作。当保护程序判别到Ⅰ母小差与大差同时动作时, Ⅰ母差动保护动作, 发一组命令, 启动相应的出口中间继电器, 切除母联及当前运行于Ⅰ母上所有单元的断路器。
1.5 母联断路器的失灵保护
对双母线配置有母联断路器失灵保护。当母线保护判别到Ⅰ段母线发生故障时, 保护动作后经过延时 (确保母联断路器可靠跳闸) , 若母联TA故障电流仍存在, 则启动母联断路器失灵保护, 动作于另一段母线保护的出口, 从而彻底切除故障, 此时保护装置发“母联失灵”动作信号。
1.6 母联死区保护
对于双母线, 在母联单元上只安装一组TA情况下, 母联T A与母联断路器之间的故障称为死区故障。死区故障时, Ⅰ母或Ⅱ母保护动作后, 发令切除该段母线上所有运行单元 (包括母联开关) , 同时保护程序继续判别大差是否返回、母联TA上故障电流是否消失。若经过延时 (确保母联断路器可靠跳闸) , 大差未返回、母联TA仍有故障电流, 则启动母联死区保护, 发令动作于另一段母线保护的出口, 从而彻底切除死区故障。
1.7 断路器失灵保护
对220 kV及以上电压等级的母线, 需配置断路器失灵保护。当母线上的联接单元 (非母联) 发生故障、保护动作而该单元断路器拒动, 断路器失灵保护作为后备能彻底切除故障。失灵保护启动条件:联接单元的保护动作, 经延时该单元故障电流不返回。
断路器失灵启动经延时确认后, 失灵保护动作, 出口回路经电压闭锁, 切除故障 (失灵) 单元所在母线上的其它单元, 同时发相应的事故信号。
对双母线单元, 断路器失灵保护设两段延时, 以较短时限 (Ⅰ段延时) 跳母联单元, 以较长时限 (Ⅱ段延时) 跳故障 (失灵) 单元所在母线上所有其它开关。
1.8 母联充电保护
对双母线系统, 当其中一段母线新投运或检修后再投运时, 必须通过母联断路器对该段母线作充电试验, 充电试验期间, 应投入母联充电保护, 以切除被试母线上存在的故障。正常运行时, 充电保护不投入;充电试验期间, 将“充电启动”开关置于“投”位, 充电保护投入运行。此时, 若母联电流大于充电保护电流定值, 经延时充电保护动作, 跳母联断路器, 并发“充电保护”信号。母联充电保护出口不经复合电压闭锁。
2 运行维护
1) WMZ-41A母线保护设置“TA断线监视”功能, 正常运行过程中, 若差电流长时间存在不返回, 则TA断线动作闭锁差动保护, 防止再发生区外故障时母线差动保护误动。在运行中当装置判别到TA断线时, 应立即向调度申请退出母差保护, 检查各单元母差级TA回路, 及时处理异常, 只有电流回路恢复正常后才能将母差保护投入运行。
2) 正常运行中, 若TV二次回路发生断线, 电压元件动作后将使电压闭锁回路开放, 保护装置发出“TV断线”告警信号, 当发生此信号时, 可以不退出母差保护, 但应将相应母线TV方式开关打至停用位置, 同时应汇报调度及检修部门, 及时处理。
3) 当保护装置内使用的任何一个直流稳压电源发生故障或保护直流电源消失时, 装置将发“稳压消失”信号, 提示运行人员检查直流电源输入回路及空气开关、直流稳压电源等设备是否完好, 若直流稳压电源模件发生故障, 应立即汇报调度, 停用母差保护, 更换电源模件, 正常后再启用母差保护。
4) 在双母线倒闸操作过程中, 当同一单元的Ⅰ母及Ⅱ母隔离开关辅助接点同时合上时, 双母线处于并母方式, 母线保护随之自动进入互联状态。在互联状态下, 视“Ⅰ母及Ⅱ母”为单母线运行方式, 母线保护仅由大差构成, 两小差不起作用。此时无论Ⅰ母或Ⅱ母发生故障, 大差将动作于切除两段母线上所有联接开关。互联状态的判定, 除自动方式外, 同时配置手动模式。若一次无倒闸操作, 手动互联开关在退出位置而保护装置判为双母“互联状态”时, 应立即汇报调度及检修部门, 检查隔离开关辅助接点是否有松动、损坏或者回路是否有断线的情形。
5) 当装置发生“自检错误”时, 先打印自检报告, 根据报告分析确定装置错误所在, 有针对性地更换有关模件。当发生此信号时, 一般均要向调度申请停用母线保护。
6) 当装置发生“识别错误”时, 通过模拟一次系统的手动小开关, 强制刀闸位置接点与一次系统对应, 然后检查及处理隔离开关接点。正常后, 将手动小开关拨到“自动”位置。
3 运行操作
1) 母线保护屏上各小开关操作时的注意事项如表1所示。
2) 启用操作: (1) 合上母差保护屏后交流电压空气开关、直流电压空气开关, 检查装置运行正常; (2) 检查母差保护定值设置正确; (3) 检查母差保护屏上LW6开关在运行位置; (4) 检查母差保护屏上手动小开关全部在“自动”位置, 检查模拟接线图与一次运行方式一致; (5) 检查母差保护屏上LW1、LW2开关在退出位置; (6) 检查母差保护屏上LW3、LW4开关在投入位置; (7) 投入母差保护各出口跳闸压板; (8) 投入母差保护各失灵保护启动压板 (或闭锁重合闸压板) 。
3) 停用操作: (1) 退出母差保护各失灵保护启动压板; (2) 退出母差保护各出口跳闸压板; (3) 分开母差保护屏上直流电压空气开关。
4) 检修操作: (1) 退出母差保护各失灵保护启动压板; (2) 退出母差保护各出口跳闸压板; (3) 分开母差保护屏上直流电压空气开关; (4) 分开母差保护屏上交流电压空气开关; (5) 将母差保护屏上手动小开关全部置于“手分”位置。
超高压微机母线保护 篇5
关键词：BP-2B,母差保护,TA断线
2 0 0 9年1 0月8日, 2 2 0 k V龙山变电站11 0 k V线路7 89合环时, B P-2B母差保护装置发出“TA断线”告警信号, 无法复归。当告警信号发出后, 运行值班员立即停止操作, 并检查BP-2B母差保护装置。母差保护装置显示三相大差差流为0.5 A, I母小差为0.001 A, II母小差为0.5 A。而检查母线上各个单元的所有参数后, 发现一切均正常, 且没有“开入异常”等其他告警信号发出。值班员现场检查后立即汇报调度, 申请将母差保护改信号。调度同意后, 值班员退出110 k V母差保护屏上各母差跳闸出口压板和110 k V线路保护屏上各线路闭锁重合闸压板。由于789线之前是空充线路, 没有带负荷, 因此直接将789线改冷备用, 做好相关安措后, 联系检修人员前来处理。
检修人员到现场检查789线电流互感器端子箱和母差保护屏接线后发现:端子箱内电流互感器极性接反。
1 运行方式
该变电站110 k V母线采用深圳南瑞继保生产的BP-2B母差保护装置。#2主变702开关运行于Ⅱ段母线 (电源) , 母联710开关在合位, (702和710开关为新增设备) , 所有3条出线均运行于正母线, 702开关经710开关供Ⅰ段母线上负荷。
2“TA断线告警”信号产生的原因及后果
2.1 信号产生原因
BP-2 B微机母线保护装置发出“TA断线告警”信号的注意由如下三个方面的原因。
2.1.1 电流互感器的变比设置错误
微机母线保护差动电流不需要将母线上的各连接单元电流互感器按同名相, 同极性相连接到差动回路, 而是同过对各连接单元电流的采样, 通过CUP的计算取得所以允许TA型号、变比不同。BP-2B母线保护装置具有辅助电流互感器, 经辅助电流互感器变流后对不同的CT变比由软件进行变比调整, 从而实现同一变比运行。
2.1.2 电流互感器的极性接反
电流互感器二次侧接线有极性问题, 极性弄错, 会使二次电流的相位变化180度, 影响母差保护正确动作。
当时母线运行方式:#2主变702开关运行于Ⅱ段母线 (电源) , 母联710开关在合位, (70 2和7 10开关为新增设备) , 所有3条出线均运行于正母线, 702开关经710开关供Ⅰ段母线上负荷。BP-2B母线保护装置上电后, TA断线指示灯亮, 根据当时的负荷情况, 大差电流为2.22 A, 正母线小差为2.22 A, 副母线小差为0 A。检查各个单元的参数均正常。根据BP-2B装置大差计算公式:Id=I702+I1+I2+I3, 正母线小差计算公式:Id1=I710+I1+I2+I3, 副母线小差计算公式:Id2=I710+I702和流过702、710开关和出线的电流值, 将大差和正母线小差流进母线与流出母线电流的相加, 差流为2倍的流进 (或流出) 电流。这是由于702与710开关极性接反, 使电流相位变化180度, 与实际电流相位相反, 而与出线电流正好同相位, 正好大差和正母线小差差流为2倍的流进 (或流出) 电流, 副母线上由于702与710开关正好全接反, 电流相位均变化180度, 所以差流正常。
2.1.3 接入母差装置的电流互感器断线
I1回路电流互感器发生断线, 大差=0+I2+I3+I4, 流出和流进母线的电流将不相等, 即I1 (0) +I3≠I2+I4, 根据负荷的大小, 出现或大或小的大差差流。母联电流互感器发生断线, 由于母联电流不记入大差回路, 不会影响保护对区内、区外故障的判别, 只是会失去故障母线的选择性。而此时母联开关相连的两段母线小差电流会越限。
3 TA断线的判断和处理方法
通过对BP-2B微机母线保护装置发出“TA断线告警”信号的原因、后果分析, 我们针对不同的运行状况进行判断分析并提出处理方法。
3.1 正常运行时发生T A断线
在正常运行中发现“TA断线”告警信号灯亮, 要注意检查母差保护的差流大小、相别和母线元件状态与一次设备状态是否相符合, 并且及时到现场查看设备, 流变二次侧断线相当于二次开路, 流变会发出比较大的异响, 汇报调度停用保护, 降低断线线路的负荷, 通知继保处理。如检查无异常, 按复归键一次, 如能复归, 装置可继续运行。若不能恢复, 应汇报调度和工区, 停用母差, 派员处理。
3.2 操作时发生T A断线
双母线接线系统中进行母线倒排操作后, 发生“TA断线”告警信号, 并且还有“开入异常”告警时, 则可判断是某些元件的刀闸辅助接点接触不良造成的, 我们知道母差差流的计算是和线路 (主变) 母线刀闸的位置有关的, 此时进入参数—运行方式设置, 使用强制功能恢复保护与系统的对应关系, 还应汇报调度和工区, 派员处理出错的刀闸辅接点输入回路。
旁路接线系统中进行旁带线路 (主变) 开关后, 发生“TA断线”告警信号, 一般判断是旁路流变的母差二次侧短接或断线, 因为在旁带前, 旁路是充电状态, 该流变是不带负荷的, 因此BP-2B母差保护是不会反应该异常信号, 只有旁路带入负荷后, 有电流才能反映差流, 此时就会有TA断线告警, 此时我们暂停操作, 检查旁路流变和二次侧接线情况后, 汇报调度和工区处理。
4 结语
超高压微机母线保护 篇6
由于线路长、输送功率大,在系统运行中,超高压输电线路不可避免地会发生故障和出现不正常工作状况,都有可能在电力系统中引起事故。为确保超高压输电线路安全稳定运行,要求输电线路继电保护可靠快速地切除线路发生的故障,因此,研究超高压输电线路的保护问题以提高输电线路保护的性能是继电保护研究领域中的一个重要课题。
1 超高压输电线路保护存在的特殊问题
超高压输电线路的保护与低压线路保护相比存在一些特殊问题,主要是受一次系统的参数和运行方式要求的影响,综合起来主要有以下几点:
(1)由于超高压电网线路距离长,为了保证系统稳定、提高输送容量,经常采用串联电容补偿,因此故障暂态过程中谐波含量很高,成分也很复杂。串补电容将对距离保护产生影响,其影响与串补电容的大小、安装位置及系统运行方式等有关。
(2)目前的超高压线路距离保护装置大都具有选相元件,同时配合单相或综合自动重合闸,可以实现选相跳闸。这样系统运行中有许多原因会造成非全相运行。非全相运行时,由于系统稳定性相对较差,线路两端电势大小和相位发生变化,同时系统因对称性遭到破坏将出现零序、负序分量。因此,反映输电线一侧电气量大小和相位关系的比相式距离元件和同时还要反映零序电流分量的接地距离元件都会受到其影响。
(3)超高压输电线路一般采用分裂导线,分布电容大,分布电容电流就大。它可能影响差动保护的正确动作、距离保护的动作范围、故障测距的精度,必须进行合理考虑。
(4)超高压线路由于架设过程需要通过山区或植物茂盛的野外,单相接地故障时,接地电阻可能很高,要求保护能够可靠地识别和切除这类故障。
(5)长线末端故障的短路电流可能很小,必须考虑保护具有足够的灵敏度。
(6)超高压线路要求全线故障的瞬时切除,因此必须装设能够保护线路全长的纵联保护,这就需要考虑通道对保护动作的影响。
2 超高压输电线路的主要保护原理
目前,我国超高压电网中,220kV及以上电压等级的线路基本上都配置有双套主保护和后备保护。线路主保护一般为纵联保护,后备保护一般要求在功能上与主保护相独立,在原理上与主保护实现相互补充。因此其后备保护的CPU应独立于主保护,并采用与主保护完全不同的原理构成。后备保护包括三段式相间和接地距离保护、二段式零序电流保护、反时限零序电流保护以及重合闸、故障测距等。
2.1 输电线路纵联保护
由于超高压输电线路的特性,只能采用纵联保护原理来保护输电线路,以实现全长范围内故障的无时限切除。输电线路纵联保护,就是用某种通信通道将输电线路两端或者对应于多端系统的各端保护装置纵向连接起来,将各端的电气量传送到对端,将两端的电气量进行比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外,从而决定是否切断被保护线路,这种纵联保护具有绝对的选择性。
图1即为输电线路纵联保护的结构框图,通信通道既可以是专门的通道(导引线),也可以是由输电线实现的载波通道,通过通信设备把线路两端的电气量联结起来。电气量既可以是由TA提供的电流,也可以是TV提供的电压。
按照保护的动作原理,线路纵联保护可分为两类:
(1)方向纵联保护与距离纵联保护。两侧保护继电器仅反应本侧的电气量,利用通道将继电器对故障方向判别的结果传动到对侧,每侧保护根据两侧保护继电器的动作经过逻辑判断区分是区域内还是区域外故障。可见这类保护是间接比较线路两侧的电气量,在通道中传送的是逻辑信号。
(2)差动纵联保护。这类保护利用通道将本侧电流的波形或代表电流相位的信号传送到对侧,每侧保护根据对两侧电流的幅值和相位比较的结果区分是区域内还是区域外故障。可见这类保护在每一侧都直接比较两侧的电气量。
2.2 输电线光纤纵联电流差动保护
光纤电流差动保护是将两侧采样的模拟量及相关的状态量,通过光纤通道传输到对侧。由于光纤通道频道宽,光纤保护都实现分相式差动纵联保护。其原理是:依赖光纤通信通道把一端的带有时标的电流信息数据包转送到另一端,在一端实现对两端的电流进行差值和相位计算,以此判断是否存在故障。图2为输电线纵联差动保护原理图。
图2中,当K1故障(内部故障)时,流过差动继电器KD的电流为
正常运行及外部故障时,流过KD的电流为
由此可见,在保护范围内部发生故障时,纵联差动保护反应于故障总电流而动作,而在理想情况下,外部故障或通过负荷电流时,流过继电器的总电流为零,继电器不动作。
光纤电流差动保护动作判据:
式中,iOP=iφ+Δiφ×4;iOPR=iφR+ΔiφR×4;iφ、iφR为本侧、对侧相电流矢量;Δiφ、ΔiφR为本侧、对侧相电流的变化量矢量;0.15IN为动作门槛。
在相量之中加入工频变化量后再进行差动判别的目的,是为了提高差动继电器的灵敏度。
2.3 基于补偿电压故障分量的方向保护
利用叠加原理可以把故障状态分解为正常负荷状态和故障附加状态,在故障附加状态下出现的故障信息称为故障分量。按照故障分量可获取时间的长短,可分为两类:可长期存在的故障分量,即零序、负序分量;仅能短暂获得的突变量。基于补偿电压的突变量方向判别原理,是利用正、反方向故障时补偿电压突变量与母线电压突变量之间的关系而提出的新型故障方向判别方法。这种方向元件动作速度快,可靠性高。
图3为正、反方向短路点金属性短路时的电压突变量分布图,其中,ΔU.O P为补偿电压突变量,保护安装处所测量到的电压、电流突变量分别为ΔU.、ΔI.,ε为裕度门坎。F1、F2分别为正、反方向故障点,分别有ΔEF1、ΔEF2。Zs为从故障点F2沿保护反方向看过去的系统等值阻抗,ZSM为故障点F2至保护安装处的阻抗,Y为整定点。ZY=ZMF+ZFY(其中,ZMF为故障点至保护安装处的线路阻抗,ZFY为故障点到整定点Y之间的线路阻抗),ZS为在整定阻抗处沿保护正方向看过去的系统等值阻抗。通常情况下,为了保证保护有足够的灵敏度,同时避免方向元件的范围延伸过远,一般按照距离保护二段的范围来整定。
因此,正方向元件ΔD+的动作条件可以写为
对于反方向故障,。
反方向元件ΔD-的动作条件可以写成
3 超高压输电线路保护的硬件逻辑结构设计
整个装置按功能可划分为数字核心部件、模拟量输入接口部件、开关量输入接口部件、开关量输出接口部件、人机对话接口部件以及外部通信接口部件6个部分。按保护插件微机型保护装置的结构可分为数据处理插件(DSP-A,DSP-B)、交流输入插件、信号板插件、跳闸板插件、管理板插件、电源插件等硬件组成单元。其硬件逻辑结构如图4所示。
3.1 数据处理插件(DSP板)
DSP-A和DSP-B是微机型保护系统的功能核心。D SP-A主要实现主保护功能,完成光纤纵联电流差动主保护和基于补偿电压故障分量的方向保护;DSP-B主要实现后备保护,完成三段式相间和接地距离、零序电流保护及反时限零序电流保护、重合闸以及后加速功能。数字信号处理器板采用TMS320VC33浮点DSP处理器,该产品以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。DSP的程序存储器和数据存储器是完全隔离的,解决了总线拥挤的问题;在指令处理上,采用了流水线操作方法。
3.2 管理板插件
管理板主要承担保护装置整定与调试的人机接口、故障数据收集整理以及显示打印、实时时钟对时与广播、各DSP运行状态监视、通信协议转换、本地以及远程调试维护通信等任务。管理板主要由RCM2100核心模块构成,该模块内含1M字节的存储空间,集成了以太网以及多达4个串行接口,并包含了完整TCP/IP协议栈。
3.3 信号板插件
信号板插件为继电保护装置输入输出的开关量提供带隔离的传输通道,一方面读外部输入开关量的状态,另一方面通过开关量输出的状态来控制执行回路、信号回路以及其他回路的继电器的动作。开入信号经光隔输入到4片三态反相缓冲器74HC240,然后输出到D S P中,它不但完成开入量的缓冲,还缓冲键盘输入、电度量脉冲等信号。开出信号由DSP输出到锁存器74HC273,然后经光隔输出到继电器板。
3.4 其他插件
交流输入模块就是把电力系统中一次电流互感器和一次电压互感器的强电信号首先转换成微机保护测控装置所需的弱电信号,并对这些弱电信号进行滤波调理,变换成和A/D转换器相符的模拟信号,最后通过A/D转化变换为CPU模块可以识别的数字量,从而进行各种计算和判断。
跳闸板插件主要为一些按照跳闸逻辑而组合构成的继电器组,它接受来自DSP板开关量输出并驱动相应的继电器动作以完成跳闸操作。
电源插件用于为微机保护装置提供正常工作所需的各类电压源。
摘要：分析了超高压输电线路存在的特殊问题及其对微机保护的影响;介绍了超高压输电线光纤纵联电流差动保护和基于补偿电压故障分量的方向保护原理;提出了一种基于DSP的新型超高压输电线路微机保护方案,并对超高压输电线路的硬件逻辑结构作了介绍。
关键词：超高压线路保护,微机保护,差动保护,方向保护,DSP
参考文献
[1]余礼闯.超高压输电线路保护原理研究[D].浙江:浙江大学,2007
[2]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,1995
[3]陈卫,尹项根,等.基于补偿电压的突变量方向判别原理[J].电力系统自动化,2002,26(14):49-51
[4]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:水利电力出版社,1992
[5]苗世洪.超高压输电线路继电保护原理和相关技术研究[D].武汉:华中科技大学,2003
超高压微机母线保护 篇7
关键词：断路器失灵保护,回路设计,双母线,母线保护,旁代主变
随着电网容量的不断增大和电网间联系日趋紧密复杂,电网的安全性变得越来越重要。电力系统运行中的所有电力设备应处在保护范围中,并设有后备保护措施。用相邻元件的保护作后备,是最简单合理的后备保护方式。但是在高压系统中,远后备一般在整定上较难配合,而且动作时间远远不能满足系统稳定要求。超高压电网中,继电保护的拒动相对其误动对电网的危害更大。
因此,《继电保护及安全自动装置技术规程》规定:220 kV—500 kV电力网中,以及110 kV电力网的个别重要部分,应装设断路器失灵保护,作为近后备保护[1]。在实际的工程应用中,一套失灵保护的回路设计涉及多种保护设备,而且失灵启动装置和失灵保护装置两种设备须紧密联系,缺一不可。在机电型、晶体管型、集成电路型到微机型各类保护装置中,失灵保护回路的设计有很大不同。这种差异性和失灵保护回路的复杂性,使失灵保护在运行中易发生误动。
1 设计情况及存在问题
1.1 基本组成与配置
失灵保护由保护动作与电流判别构成的启动回路、复合电压闭锁与解锁元件、时间元件和跳闸出口回路组成。目前220 k V及以上的系统中,微机型失灵启动回路在断路器辅助装置配置中。一般双母线接线的断路器失灵保护回路是这样设计的:由保护装置保护动作接点经断路器辅助保护装置形成保护动作不返回的判据,与电流判别构成启动回路,送到双母线保护装置判别失灵断路器所在母线,再加上复压闭锁判据、延时回路,由母线保护装置出口跳闸。
失灵启动回路是保证失灵保护正确动作的关键。为提高动作可靠性,必须同时具备2个条件,断路器失灵保护方可启动。
(1)故障线路或电力设备能瞬时复归的出口继电器动作后不返回(故障切除后,启动失灵的保护出口返回时间应不大于30 ms)[1];
(2)断路器未断开的判别元件动作后不返回。若主设备保护出口继电器返回时间不符合要求时,判别元件应双重化[1],即在断路器失灵时,主设备保护动作出口接点返回时间不满足条件(1)时,为提高失灵保护动作可靠性,断路器未断开的判别元件要实现双重判据。
非电量保护接点的动作时间和返回时间都很慢,启动失灵保护可靠性差,因此反措规定非电量保护不能启动失灵。220 kV及以上电压等级的双母线接线方式,失灵启动电流判别和三相不一致等保护在断路器辅助保护装置中实现。失灵启动由相电流、零序电流和负序电流闭锁,失灵启动功能的启动元件为电流变化量启动或零序过流启动等。线路的断路器失灵保护有分相式和三相式2种,分相式断路器失灵保护采用按相启动方式,主变压器的失灵保护是三相式。如图1所示。
图1中TA、TB、TC表示线路保护的分相跳闸接点,TS表示线路保护或元件保护的三相跳闸接点。
1.2 存在的问题
(1)断路器失灵启动回路设计中为防止其误动,常采用保护跳闸接点,故障相电流判据和断路器位置接点构成与门来启动失灵,如图2所示。这样便提高了防止误启动失灵保护的能力。但实际现场运行中多次出现因断路器连杆脱落造成断路器失灵,在这种情况下,断路器主触头没有分开,但其辅助触点已分开,相应的断路器位置触点状态就不能正确反映断路器主触头的位置[2],如果此时线路故障,保护动作,而断路器的位置接点出现了上述问题,失灵保护启动回路因HWJ=0被闭锁。因此在断路器本体机械出问题时,断路器位置触点的使用会造成失灵保护的拒动。
(2)断路器失灵保护时间应满足:断路器失灵保护动作延时必须大于故障线路或主设备所有保护的动作时间及断路器跳闸时间和继电保护返回时间之和。可设两段时间,以较短的时间动作于断开母联或分段,长延时段跳同一母线上的所有有源支路的断路器。这样做是因为考虑到线路上装设了横差保护。缺点是延长了解除故障的时间。
(3)当变压器发生内部故障时,或低压侧故障时,若中压侧或高压侧断路器失灵,装设于双母线接线方式侧母线保护中,反应中压侧或高压侧复合电压闭锁的失灵保护,由于变压器的高阻抗,导致电压元件灵敏度不够时,就不能开放失灵保护。同理,有些高阻抗变压器,在中压侧故障时,反应到高压侧的电压元件灵敏度不够。因此,在这些情况下,必须解除其断路器失灵复合电压闭锁元件。
(4)在220 k V旁路断路器代用主变断路器运行时,失灵保护回路变得更加复杂。当主变断路器旁代运行时,旁路断路器作为主变高压侧断路器运行,此时旁路保护屏退出运行(因为旁路保护柜上的失灵保护装置一般按线路的失灵保护装置配置),断路器失灵启动宜用主变的断路器辅助保护装置启动[3],即将旁路的TA切换至主变保护柜的断路器辅助保护装置。
(5)主变失灵保护和母联失灵回路的设计上,如果由各保护动作接点分别启动失灵保护,装置之间、屏柜之间电缆接线很多而且容易出错。有的变电站采用操作箱内的保护三跳接点统一启动失灵,这样可以简化接线。因为操作箱内,保护三跳有Q端子(三跳起动重合闸)和R端子(三跳闭锁重合闸)2种,主变差动保护、后备保护以及母差保护跳此开关都要接至R端子,可由TJR接点启动失灵保护。但对于主变的非电量保护,此时规程规定非电量保护是不能启动失灵保护的,因此采用操作箱内的保护三跳接点统一启动失灵是不合适的。
2 改进方案
(1)为统一和简化设计,对双母线接线的失灵保护宜采用母线保护中的失灵电流元件判据[4]。双母线接线的断路器失灵保护与母线保护可以共用复合电压闭锁和跳闸出口回路。将原先在断路器辅助装置里完成的失灵电流判别功能放在母线保护中,这样可以取消断路器辅助保护装置。如前所述,因断路器的位置接点不准确,取消原断路器的位置接点判据,并且保护跳闸接点不返回判据由操作箱实现。线路的失灵保护回路设计改进如图3所示。
联结于双母线的故障支路保护跳闸接点,与失灵电流判别构成启动回路,同时由母线保护中的运行方式判别,确定该故障支路此时是与I母还是与II母联结,与失灵复合电压闭锁,一起构成复压闭锁判据。
(2)为解决主变发生内部或低压侧故障的情况下按母线集中配置的断路器失灵保护电压闭锁元件灵敏度不足的问题,变压器支路应具备独立于失灵启动的解除电压闭锁的开入回路。宜采用变压器保护动作接点解除失灵保护的电压闭锁,不采用变压器保护“各侧复合电压”接点解除失灵保护电压闭锁[4],并且启动失灵和解除失灵电压闭锁应采用变压器保护不同继电器的跳闸接点。
(3)操作箱的保护三跳接点输入端子增加为3个,分别为Q,R,F[4]。并且重新定义:Q端子为启动重合闸,启动失灵;R端子为不启动重合闸,启动失灵;F端子为不启动重合闸,不启动失灵。主变各侧开关和母联开关以及线路开关的保护三跳,可以由操作箱内的TJQ,TJR接点统一去启动失灵,而不必将各种保护装置的动作接点分别去启动失灵。主变差动保护、后备保护以及母差保护跳此开关都要接至R端子,由TJR接点启动失灵保护,而主变的非电量保护跳闸接F端子。这样回路设计更加清晰明确,不会因设计问题漏掉或接错某个保护的失灵启动而造成设计错误。
回路设计改进如图4所示,但对一些地区用操作继电器屏的情况除外。
(4)当母线故障变压器断路器失灵时,除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外,还应跳开本变压器连接其他电源侧的断路器,失灵电流再判别元件由变压器保护实现[4]。主接线如图5所示。
当220 k V母线故障时,母线保护动作,跳变压器高压侧1QF,1QF操作箱内的TJR接点去母线保护装置启动失灵。此时如果TJR接点不返回,母线保护装置内完成失灵电流判别,判断为1QF断路器失灵。母线保护装置内的失灵保护动作以较短延时跳开1QF失灵断路器母线上的相邻的全部断路器,同时输出失灵联跳接点,经大功率抗干扰继电器重动后开入至变压器保护装置。
变压器保护装置内设有失灵电流再判别元件,若满足判据条件,则变压器保护启动跳各侧有源开关[5]。为缩短失灵保护切除故障的时间,在线路不设横差保护时,失灵保护跳母联和其他断路器宜共用同一段时限。
3 结束语
综上所述,失灵保护运行的可靠性是电力系统保护中关注的问题。通过采用高可靠性的失灵保护判别元件和装置,合理简化和改进设计回路,严格按规程操作,必将大大提高失灵保护的正确动作率,保证电网的安全稳定运行。
参考文献
[1]GB/T 14285—2006,继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[2]王建雄,罗志平,刘艳荣.220 kV断路器失灵保护启动回路的问题探讨及改进[J].继电器,2006,34(6).
[3]陈晓强,是晨光.旁代主变压器220 kV断路器失灵保护回路改进[J].江苏电机工程,2008,27(1):49-51.
[4]Q/GDW 161—2007,线路保护及辅助装置标准化设计规范[S].